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可靠性测试就是在产品开发/验证阶段, 对其提供各种条件之温湿等环境以及各种条件之振动、冲击或掉落等模拟测试,以评估是否有电子组件失效、焊点异常、结构损坏、 功能失效、外观异常等。
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【失效分析】汽车仪表盘闪烁

08月,24,2024 | 浏览次数：10485


汽车仪表盘

      失效分析案例

      01.问题描述

      客户反馈其生产的汽车仪表盘整装出货使用一段时间后出现屏幕闪屏的现象，故送测4个不良品和1个良品进行分析，以期找到失效的原因。

仪表盘主板

仪表盘主板
       02.不良信息确认
       给不良品仪表盘通12V电压，仪表盘屏幕不停闪烁，符合客户所述之失效现象。
       03.失效现象分析
       经客户排查为背光芯片的Fault线路异常，该线路正常电压为3.3V，不良品电压偏低。Fault线路一端连接背光芯片，经R242电阻后，连通MCU芯片。客户对失效产品与良品进行了交叉替换验证，发现不良跟随PCB走。
       1、交叉替换验证背光芯片，不良仍然存在；
       2、交叉验证R242电阻，不良仍然存在；
       3、交叉替换验证MCU芯片，不良品上的芯片换到良品板后未出现不良，良品芯片替换到不良品上后未出现不良，将替换后样品进行高温高湿测试，不良PCB加良品芯片重新出现不良；

       4、不良板烘烤或过炉后，不良不稳定，高温高湿后，不良会重现。电压偏低，说明该线路上某个位置漏电，导致电流变小，将不良品（NG2#）的R242(10KΩ)电阻更换为1KΩ电阻，通电后电流增加不良消失。


       通过分析客户提供的Layout图，发现fault线路（图中白线）上MCU芯片一端存在电气间距过小的通孔，孔距约0.3mm（11.8mil），有发生CAF的风险。结合不良现象不稳定，高温高湿后可能会恢复的特点，怀疑通孔位置发生了CAF导致漏电。 
Layout 布线图
     04.红外热点侦测

     取NG1#，NG2#，NG3#，NG4#及OK品，给Fault线路单独通电（3.3V），用红外热发射显微镜检测后：
      OK品，Fault线路上未发现漏电点；
      NG2#，因将R242更换为1KΩ电阻，不良消失，未发现漏电点。其它不良样品，在怀疑的通孔位置均发现了漏电点：
      NG1#，MCU连接的通孔与旁边的通孔间异常发热，存在漏电；NG3#，MCU连接的通孔与旁边的通孔间异常发热，存在漏电；
       NG4#，MCU连接的通孔异常发热，存在漏电。
       05.冷拔＋阻值量测

       将OK品及NG1#，NG2#，NG3#的MCU芯片冷拔下来，之后割开两个通孔的线路，使两个通孔处于独立状态，用万用表量测阻值。 


       NG1#，两孔间电阻为2.8KΩ左右，两孔间微短路。OK品，NG2#，NG3#量测两孔间阻值为OL，未发现两孔间短路。因为不良不稳定，冷拔芯片，PCB受力可能会导致不良消失。
       将冷拔后的NG2#，NG3#做高温高湿，短路重新出现（5KΩ左右），OK品做高温高湿，未发现短路。
       06.切片＋成分分析
       对NG1#的两个短路通孔进行切片测试：


       从切片结果可知，两孔间有疑似铜丝的存在，存在短路风险；但是EDS测试没有检测到铜元素。因为铜元素处于玻璃纤维缝隙中，玻璃纤维的阻挡作用，以及EDS检测厚度为1-2微米左右，导致较难检测到铜元素。

       07.绝缘阻抗测试
       将OK品（冷拔后），NG2#（冷拔后），NG3#（冷拔后），NG4#通电后，放在高温高湿柜中，随时监测电阻。
       NG4#不良不稳定，未进行冷拔。
       测试条件：
       OK品，通50V偏压，100V测试电压；
       NG2#，通3.3V电压；
       NG3#，通3.3V电压；
       NG4#，通12V电压；
       高温高湿：85℃，85%RH。
       测试结果：OK品，高温高湿通电96h左右，两孔间阻值一直是OL。
      NG2#，高温高湿通电48h左右，阻值为3KΩ左右，断电后半小时，阻值恢复OL。继续高温高湿通电24h，其阻值稳定在5KΩ左右。
       NG3#，高温高湿通电60h后，阻值为KΩ级别，断电后不久，阻值恢复为OL；改为常温高湿（80%RH）继续通电192h，期间量测两次阻值，阻值均为OL。                  NG4#，高温高湿通电42h左右，闪屏现象稳定存在。
        测试结果显示：此PCBA板对水汽及电压比较敏感，当嫌疑两孔间一直保持高温高湿及通电的状态，两孔间会发生微短路。
        导电阳极丝（CAF）为极细的铜丝，不稳定，当冷拔受力后可能会造成断裂，阻值不稳定。当遇到高电压或者再次通电的时候可能会烧断，因此断电再测试阻值容易恢复OL。
        08.结论与建议
        结论：

        1.Thermal热点分析发现，NG1#，NG3#，NG4#Fault线路上与MCU相连的通孔存在漏电现象；  
        2.NG1#切片测试，在两漏电的通孔间发现了疑似铜丝；       
        3.高温高湿通电结果显示，此PCBA板对水汽及电压比较敏感，当嫌疑两孔间一直保持高温高湿及通电的状态，两孔间会发生微短路。
        建议：1.优化失效区域的孔设计，对孔距<14mil（0.35mm）的通孔可增大间距，或者采用错位排列的孔设计方式；

        耐CAF性能由强到弱的次序为：错位排列＞纬向排列＞经向排列
      （1）CAF的发生主要是沿着玻璃纱束的方向进行，错位排列可以对CAF的产生形成迂回作用，从而不容易发生CAF失效。
      （2）纬向玻璃纱相比经向扁平疏松，树脂的浸润性更好，同时钻孔的裂伤也会比经向的轻微，所以其耐CAF性能也好一些。
        2.针对孔距<14mil（0.35mm）的通孔，当孔距无法调整时，应进行CAF实验（参照IPC或JIS标准），根据实验结果选用合适的板材，并严格管控钻孔工艺。
        3.根据相关文献报道，玻纤裂纹是形成CAF的首要条件，因此裂纹长度决定其耐CAF性能。影响玻纤裂纹长度的主要有：1、PCB板材；2、钻孔工艺；3、叠板结构等。

        当面临小孔距，有CAF风险时，需选用耐CAF的板材（最好选择开纤布压制成的板材），并对PCB叠板结构进行优化（减少7628的使用），严格控制钻刀速度和钻刀打磨次数。

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